Les chercheurs de l’Institut Charles Sadron de Strasbourg et de l’Institut Max Planck de Mayence sont parvenus à comprendre pourquoi certains polymères insolubles dans l’eau ou l’alcool se dissolvent lorsque ces deux liquides sont mélangés. Décryptage avec Carlos Marques, directeur de l’équipe de recherche Membranes et microforces à l’Institut Charles Sadron.
14/02/2018
entre les membranes de lipides et
les polymères.
Durant leurs recherches, Carlos Marques et son équipe se sont penchés sur la solubilisation des polymères. « Nous avons été interpellés par des résultats expérimentaux qui étaient mal compris », raconte Carlos Marques. « Chaque fois que l’on travaille sur un polymère, c’est important de connaitre son comportement face à un solvant. Quand un polymère est mis dans un solvant, s’il est bien solubilisé, il adopte la forme d’une pelote ouverte, à l’inverse, s’il n’est pas bien solubilisé, il est effondré sur lui-même, on parle alors d’un globule dense. »
En 2014, l’équipe s’est penchée sur le « PNiPAm », un polymère soluble dans l’eau et dans l’alcool mais pas dans un mélange des deux. « Nous avons publié un article sur la compréhension de ce phénomène que l’on appelle co-non-solubilité », détaille Carlos Marques. Récemment, les chercheurs se sont intéressés à la situation miroir avec le « PMMA », le polymère qui constitue le plexiglas, qui n’est soluble ni dans l’alcool, ni dans l’eau mais dans un mélange des deux : ce que les chercheurs appellent la co-solubilité. Pour cette étude, l’équipe strasbourgeoise a travaillé sur des notions théoriques. L’Institut Max Planck, lui, s’est chargé de la partie numérique.
De nouvelles architectures de polymères
Ensemble, ils ont montré que ce phénomène s’explique par les forces en jeu. Dans un liquide, les molécules du solvant bougent dans tous les sens, quand elles entrent au contact d’un monomère (constituant d’un polymère), elles exercent une force. Si les molécules du solvant sont repoussées par les monomères, ces derniers s’attirent entre eux lorsqu’ils sont proches et le polymère se replie sur lui-même. « Une attraction entre monomères peut naître dans un milieu où il n’existe que des forces répulsives », résume Carlos Marques. Il poursuit : « Lorsqu’il y a deux types de particules, de l’eau et de l’alcool, ces deux particules se repoussent déjà entre elles, il y a donc moins de forces attractives sur les monomères et le polymère s’ouvre. »
Pour que l’ouverture du PMMA soit optimale, l’idéal est un mélange de 60% d’alcool et 40% d’eau, « soit une vodka bien forte », sourit le chercheur. La découverte peut permettre de comprendre comment transformer les polymères et ainsi concevoir des mélanges adaptés à chacun. « C’est important dans la mise en forme des polymères. Par exemple, on sait ainsi qu’il ne faut pas mettre de vodka dans du plexiglas car il serait dissout. Cela nous permet aussi de penser à de nouveaux procédés pour la mise en forme de matériaux comme les hydrogels ou l’électronique organique. » Et après ? « Nous essayons d’utiliser ce concept pour obtenir des matériaux qui réagissent de façon contrôlée à des stimuli externes, par exemple en concevant de nouvelles architectures de polymères qui tirent profit de ces phénomènes. »
Marion Riegert
Good to know
L’Institut Charles Sadron étudie les polymères depuis les années 50. Avec son équipe de recherche Membranes et microforces, qui regroupe sept chercheurs et enseignants-chercheurs, Carlos Marques s’intéresse plus particulièrement aux membranes de lipides. «Nous travaillons sur l’interaction entre les membranes de lipides et les polymères. Comment ces derniers, qu’ils soient naturels ou artificiels, s’accrochent aux membranes, les traversent, les transforment … », explique Carlos Marques qui étudie ce domaine depuis une dizaine d’années.
